Vorurteil Wer tagsüber nicht zu Hause ist, kann den Strom seiner Solaranlage nicht selbst nutzen
Frage Kann ich den Strom aus meiner Solaranlage überhaupt selbst nutzen?
Schliesslich scheint die Sonne tagsüber, wenn ich gar nicht zu Hause bin.
Gegenbotschaft Einen Drittel des eigenen Solarstroms kann im Normalfall jeder selbst nut-zen, auch wenn er kaum zu Hause ist.
Antwort in wenigen Zeilen Photovoltaik-Anlagen produzieren tagsüber Strom, insbesondere zur Mit-tagszeit. Auch wenn tagsüber niemand zuhause ist, gibt es einige Stroman-wendungen wie Kühlschränke, Gefrierfächer oder Steuerungen, die konti-nuierlich Strom verbrauchen und den Strom aus der Photovoltaik-Anlage nutzen können. Andere Geräte wie Kochherde, Kaffeemaschinen oder Fernseher werden eher morgens und abends gebraucht. Je nach Jahres-zeit können auch diese Verbräuche von der Photovoltaik gedeckt werden.
Wer schliesslich grössere Verbraucher im Haushalt hat (Wärmepumpe, Warmwasserboiler, Elektrofahrzeug) und diese entsprechend steuert, kann einen noch grösseren Anteil des produzierten Stroms selbst nutzen.
3.1 Infografik [keine Infografik]
3.2 Antwort auf einer halben Seite
Photovoltaik-Anlagen produzieren hauptsächlich tagsüber Strom, insbesondere zur Mittagszeit. Auch wenn tagsüber niemand zuhause ist, gibt es einige Geräte wie Kühlschränke, Gefrierfächer oder Steue-rungen, die kontinuierlich Strom verbrauchen.
Weitere laufende Verbraucher können Geräte im Stand-by-Modus sein wie Fernseher, Stereoanlagen, Router, Kaffeemaschinen oder Kopiergeräte. Dieser Strombedarf kann durch die Photovoltaik-Anlage ge-deckt werden.
Grosse Stromverbraucher wie Kochherd, Backöfen und Küchengeräte oder IT-Anwendungen werden hauptsächlich am Morgen und Abend genutzt. Je nach Jahreszeit und Wetter können diese Anwendun-gen auch von der eiAnwendun-genen Anlage gedeckt werden oder nicht.
Welchen Anteil des produzierten Stroms selbst verbraucht werden kann
(https://www.energie-schweiz.ch/page/de-ch/eigenverbrauch), hängt vor allem von der Grösse der Anlage und dem persönli-chen Stromverbrauch ab. Bei einer sehr kleinen Anlage von rund 12 Quadratmetern (2 kWp) können 35 bis 50% des produzierten Stroms selbst verbraucht werden. Der restliche Teil wird gegen eine Vergütung des Stromversorgers ins Netz gespiesen. Ist die Anlage etwas grösser (30 m2, 5 kWp), können nur noch 20 bis 40% des produzierten Stroms selbst verbraucht werden.
Das Stromverbrauch eines Haushalts ist davon abhängig, ob es grössere Verbraucher hat, die sich zu-mindest teilweise steuern lassen. Dazu gehören bspw. Wärmepumpen, Warmwasserboiler oder Elektro-auto. Verbrauchen diese Geräte vor allem dann Strom, wenn die Sonne scheint, kann der Eigenverbrauch erhöht werden, auch dann, wenn tagsüber niemand zu Hause ist. Hinweise dazu erhalten Sie hier:
https://www.energieschweiz.ch/page/de-ch/eigenverbrauch. Eine weitere Steigerung ist über Batteriespei-cher möglich, welche den produzierten Strom aufnehmen und quasi lagern kann. Wird eine Anlage von
rund 30 Quadratmetern (5 kWp) mit einem 5 kWh Batteriespeicher kombiniert, kann sich der Eigenver-brauchsanteil von 30% auf 60% erhöhen, da der Strom nicht direkt verbraucht werden muss, sondern in der Batterie gespeichert wird.
3.3 Grundlagen
Die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin untersuchte im Forschungsvorhaben „PVeige“ zwischen 2012 und 2013 Systeme mit Eigenverbrauch aus Photovoltaik. Daraus entstand 2015 die Solarspeicher-studie (Weniger et al. 2015) sowie das Online-Tool „Unabhängigkeitsrechner“(htw 2016). Einige der Infor-mationen stammen aus diesen Grundlagen. Zudem wurde der Rechner auf www.eigenverbrauchsrech-ner.ch benutzt.
Stromverbrauch im Haushalt
Auch wenn tagsüber niemand zuhause ist, gibt es einige Stromanwendungen wie Kühlschränke, Gefrier-fächer oder verschiedene Steuerungen sowie Geräte im Stand-by wie Fernseher, Stereoanlagen, Router, Kaffeemaschinen oder Kopiergeräte, die kontinuierlich Strom beziehen. Grosse Stromverbraucher wie Kochherd, Backöfen und Küchengeräte oder IT-Anwendungen werden typischerweise am Morgen und Abend genutzt (siehe Abbildung 16).
Abbildung 16: Beispielhaftes elektrisches Lastprofil, aufgeteilt nach Anwendungen, eines Einfamilienhauses (Quelle: Fraunhofer ISE 2016. https://www.elink.tools/elink-tools/syn-pro).
Indikatoren zur Nutzung des Solarstroms: Eigenverbrauchsanteil und Selbstversorgungsgrad Eigenverbrauchsanteil: Dieser Indikator definiert, wie viel vom selbst produzierten Strom auch selber ver-braucht werden kann. Die Referenz (100%) ist also die Menge des selbst produzierten Stroms. Der Ei-genverbrauchsanteil einer Anlage hängt vor allem von der Dimensionierung der Anlage und dem täglichen Stromverbrauchsprofil des Haushaltes ab. Je kleiner die Anlage ist, desto grösser ist der
Eigenver-brauchsanteil, da der wenige Strom zu einem grossen Anteil auch gleich verbraucht werden kann. Bei ei-ner Photovoltaik-Anlage mit eiei-ner installierten Leistung von 2 kWp kann ein Haushalt 35% bis 50% des produzierten Stroms zeitgleich verbrauchen. Bei einer Leistung von 5 kWp sinkt der selber nutzbare Anteil des produzierten Stroms auf 20% bis 40%, die übrigen 60% bis 80% werden ins Netz eingespeist
(www.eigenverbrauchsrechner.ch, Annahme 3 bis 4 Personen, mit oder ohne Elektroboiler und Wärme-pumpe).
Selbstversorgungsgrad oder Autarkiegrad: Dieser Indikator definiert, wie viel vom Stromverbrauch durch die eigene Solaranlage gedeckt wird. Die Referenz (100%) ist also der Stromverbrauch des Haushaltes.
Beim Selbstversorgungsgrad verhält es sich umgekehrt zum Eigenversorgungsgrad: Je kleiner die An-lage, desto kleiner auch der Selbstversorgungsgrad. Bei einer kleinen Anlage von 2 kWp ist also der Grad an Eigenversorgung gross. Damit wird aber nur ein Selbstversorgungsgrad von 10% bis 25% erreicht. Der
0
grösste Teil des Stroms muss also weiterhin vom Netz bezogen werden. Bei einer Anlage von 5 kWp
steigt der Selbstversorgungsgrad auf 15% bis 35% (www.eigenverbrauchsrechner.ch, Annahme 3 bis 4 Personen, mit oder ohne Elektroboiler und Wärmepumpe).
Höherer Eigenverbrauch bei grossen steuerbaren Lasten
Der Eigenverbrauchsanteil hängt stark vom zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs im Haushalt ab. Die-ser ist wiederum von diversen Faktoren wie Nutzerverhalten, technischer Ausstattung, Raumklimatisie-rung, Gebäudeheizung, Warmwasseraufbereitung und Elektrofahrzeugen abhängig.
Haushalte, die über grössere elektrische Lasten verfügen, können diese so steuern, dass sie mit der Pho-tovoltaik Erzeugung verknüpft werden. Damit kann der Eigenverbrauchsanteil deutlich gesteigert werden.
Zu diesen Lasten gehören die elektrische Warmwasseraufbereitung (Boiler), das Laden eines Elektrofahr-zeuges oder eine Wärmepumpe (Weniger et al. 2015). Hinweise für Gebäudebesitzer liefert dazu das
«Handbuch Solarstrom-Eigenverbrauch optimieren» (VESE 2020). Abbildung 17 zeigt den saisonalen Stromverbrauch sowie die jahresmittleren Tageslastprofile verschiedener Haushalte.
Abbildung 17: Saisonaler Verlauf des Stromverbrauchs (links) und jahresmittlere Tageslastprofile (rechts) verschiedener Haushalte sowie zweier exemplarischer Haushalte (Weniger et al. 2015).
Höherer Eigenverbrauch und höhere Selbstversorgung durch Batteriespeicher
Eine Erhöhung des Eigenverbrauchs kann durch einen Batteriespeicher im Haus realisiert werden. Der erzeugte Strom der eigenen Photovoltaik-Anlage wird vorrangig durch einen zeitgleichen Stromverbrauch im Haushalt direkt genutzt. Überschüssiger Strom, der nicht direkt zeitgleich verbraucht werden kann, wird genutzt, um die Batterie zu laden. Ist diese vollständig geladen, werden weitere Überschüsse ins Strom-netz eingespeist.
Bereits kleine Batteriespeicher können den Eigenverbrauch deutlich steigern: Wird eine Anlage von 5 kWp
mit einem 5 kWh Batteriespeicher kombiniert, erhöht sich der Eigenverbrauchsanteil in einem Haushalt (5000 kWh Stromverbrauch) gemäss Rechner von 30% auf 59%. Nur noch 41% des von der Photovoltaik-Anlage produzierten Stroms muss ins Netz eingespeist werden (siehe Abbildung 18). Auch der Selbstver-sorgungsgrad steigt im genannten Beispiel durch den Einsatz einer Batterie: von vorher 31 auf knapp 56%. Die restlichen 44% des Stroms werden weiterhin vom Netz bezogen (htw 2016).
Die beiden Indikatoren Eigenverbrauchs- und Selbstversorgungsgrad (= Autarkiegrad) und die Wirkung einer Batterie auf einen typischen Haushalt werden in der folgenden Abbildung dargestellt.
Abbildung 18: Nutzung der Jahresstromproduktion aus Photovoltaik (links) und Deckung des jährlichen Strombedarfs (rechts). Jahresstrombedarf: 4‘000 kWh, Leistung Photovol-taik-Anlage: 4 kWp, nutzbare Speicherkapazität: 4 kWh (Quelle: Weniger et al. 2015).
Den Einfluss von Verhalten, Klimaanlagen und Wärmepumpen haben Simulationsrechnungen in Haushal-ten mit einem Photovoltaik-Speichersystem mit einer Leistung von 1 kWp pro MWh Jahresstromverbrauch sowie einer Speicherkapazität von 1 kWh pro MWh Jahresstromverbrauch gezeigt. Im Mittel aller halte ergibt sich ein Selbstversorgungsgrad von 54%, im tagaktiven Haushalt 61%, im nachtaktiven Haus-halt 43%. Im HausHaus-halt mit Klimaanlage ergibt sich ein Selbstversorgungsgrad von 58%. Beim HausHaus-halt mit Wärmepumpe wirkt sich der hohe Stromverbrauch in den Wintermonaten nachteilig aus, weshalb nur ein Selbstversorgungsgrad von 45% erzielt wird. Grundsätzlich fällt der Selbstversorgungsgrad umso höher aus, je geringer der Nachtanteil und je höher der Sommeranteil des Stromverbrauchs ist (Weniger et al.
2015).
3.4 Quellen
– Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin htw, (2016). Unabhängigkeitsrechner. http://pvspei-cher.htw-berlin.de/unabhaengigkeitsrechner/ (aufgerufen, 28.10.2020).
– Weniger, J., Bergner, J., Tjaden, T. und Quaschning, V. (2015): Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende. Berliner Wissenschafts-Verlag. 81 Seiten.
– Verband unabhängiger Energieerzeuger VESE (2020): Handbuch Solarstrom-Eigenverbrauch op-timieren. 40Seiten.